Устройство для отбеливания частиц высококонсистентной целлюлозной массы и способ отбеливания озоном частиц высококонсистентной целлюлозной массы

Устройство для отбеливания частиц высококонсистентной целлюлозной массы и способ отбеливания озоном частиц высококонсистентной целлюлозной массы

Реферат

 

Изобретение предназначено для отбеливания озоном частиц высококонсистентной целлюлозной массы и получения последней с равномерно повышенной белизной. Устройство содержит кожух, имеющий поперечное сечение и определяющий впускное и выпускное отверстия для массы, частицы высококонсистентной целлюлозной массы, озоносодержащий газ и средство для загрузки частиц высококонсистентной целлюлозной массы во впускное отверстие кожуха. Оно также содержит транспортирующее и рассеивающее средство с выполненным с возможностью вращения валом для рассеивания частиц массы в радиальном направлении по существу по всему поперечному сечению кожуха с одновременным перемещением частиц массы по кожуху к выпускному отверстию в пробковом режиме. Значение индекса рассеяния массы является меньшим или равным 7 при всех скоростях вращения вала менее 125 об/мин. Способ отбеливания озоном частиц высококонсистентной целлюлозной массы заключается во введении частиц высококонсистентной целлюлозной массы и озоносодержащего газа в зону реакции, рассеивании частиц массы по существу по всей зоне реакции с одновременным перемещением частиц массы по зоне в пробковом режиме с возможностью осуществления равномерной реакции частиц массы с озоносодержащим газом посредством обеспечения контакта по существу всех частиц массы с озоносодержащим газом. Значение индекса рассеяния массы является меньшим или равным 7 при всех скоростях вращения частиц массы менее 125 об/мин. 2 с. и 24 з.п.ф-лы, 29 ил., 13 табл.

Изобретение относится к реакторному устройству и способу отбеливания озоном лигноцеллюлозной массы, а более конкретно к реактору, включающему вращающиеся элементы для перемещения в радиальном направлении дисперсных частиц массы через озоносодержащий газ в пробковом режиме прохождения потока.

Для того чтобы избежать использования в качестве отбеливателя целлюлозной массы или иных лигноцеллюлозных материалов хлора, делались попытки использовать для отбеливания химической массы озон. Хотя на первый взгляд озон может показаться идеальным материалом для отбеливания лигноцеллюлозных материалов, исключительные окислительные свойства озона и его относительно высокая стоимость ограничивали в прошлом возможности создания удовлетворительных процессов отбеливания лигноцеллюлозной массы озоном.

По вопросу отбеливания целлюлозной массы озоном были опубликованы многочисленные статьи и получены многочисленные патенты. Например, процесс отбеливания с применением озона описан S. Rothenberg, D. Robinson, D. johnsoubaudh, "Bleaching of Oxygen Pulps with Ozone", Tappi 182 - 185 (1975) - Z, ZEZ, ZP, и ZP (ZP-надуксусная кислота); и N. Soteland, "Bleaching of Chamical Pulps with Oxygen and Ozone", Pulp and Paper Magazine of Canada, T153 - 58 (1974) - OZEP, OP и ZP.

Кроме того, в патенте США N 4196043, Синг, описан многостадийный процесс отбеливания с использованием озона и перекиси и оборотом стоков, в котором также делается попытка обойтись без использования соединений хлора.

Кроме того, в различных патентах описаны применяемые для отбеливания высококонсистентной целлюлозной массы озоном реакторы с вертикальным слоем, в которых целлюлозная масса осаждается сверху практически неподвижного или медленно движущегося слоя, а озоносодержащий газ продувают сквозь слой.

В патенте США N 4123317, Фритцволд и др., более подробно описан реактор для отбеливания лигноцеллюлозной массы, а в патенте США N 4279694, выданном Фритцволд и др., описаны способ и система отбеливания целлюлозной массы озоном. В каждом из патентов США N 3785577, N 3814664 и N 3964962, Карлсмит, описано реакторное устройство, похожее на устройства Фритцволда, причем патент США N 4279694 касается непосредственно отбеливания озоном.

В озоновом реакторе, описанном в Европатенте N 308314, применяется закрытый шнековый скребковый конвейер ("Архимедов винт"), в котором озон прокачивается через центральный вал и вдувается в реактор для обработки слоя целлюлозной массы, толщина которого в идеале составляет около 10 см.

Консистентность целлюлозной массы равна 20 - 50%. В заявке на Европатент N 276608 описано еще одно устройство для обработки целлюлозной массы озоном. В этом устройстве машина с двухзаходным винтом, с участками обратной резьбы, последовательно вызывает сжатие и расширение целлюлозной массы, предпочтительно с консистентностью 40 - 45%, чтобы обеспечить доступ озона к волокнам целлюлозной массы.

Озон легко вступает в реакцию с лигнином, обеспечивая эффективное снижение содержания лигнина в целлюлозной массе. Но он будет также при различных условиях быстро удалять избыточное количество лигнина и агрессивно воздействовать на углеводы, образующие целлюлозные волокна древесины, значительно уменьшая прочность полученной массы. По этим причинам, и несмотря на различные решения, рассмотренные выше, в технике обычно отказываются от применения озона для отбеливания высококонсистентной целлюлозной массы. Например, Линдхольм (Effect of Heterogeneity in Pulp Bleaching with Ozone", Papieri ja Puu p. 283, 1986) утверждает, что реакция озона с целлюлозой может быть "довольно гетерогенной" (неравномерной) при консистентности целлюлозной массы в диапазоне 30 - 40%. Утверждается, что гетерогенность связана с тем, что часть целлюлозной массы получает дозы озона, превышающие средние, в то время как другие части целлюлозной массы совсем не вступают в реакцию с озоном. Кроме того, в опубликованной заявке на патент Канады N 2012771 (опублик. 10.11.90) описан способ отбеливания озоном целлюлозной массы средней консистентности путем создания пенообразной смеси озона, воды и целлюлозной массы. В этой заявке указано, что отбеливание при консистентности 30% дает худшие результаты, чем при консистентности 10% или 1%, поскольку нужные поверхности массы подвергаются избыточному отбеливанию, в то время как внутренние поверхности не отбеливаются.

Еще один тип реактора описан в патенте США N 4363697, Маркхэм и др., посвященном делигнификации кислородом целлюлозной массы средней консистентности. Устройство Маркхэма может включать ряд шнековых скребковых конвейеров или модифицированных шнековых скребковых конвейеров, с лопатками и без них, для перемещения целлюлозной массы через реакционную трубу в присутствии кислорода. В патенте США N 4384920, Маркхэм и др., также описано использование лопаточных скребков, вращающихся с небольшой скоростью для перемещения целлюлозной массы в струе газообразного кислорода. Однако способ, описанный в патентах Маркхэма, обычно не пригоден для реакций отбеливания озоном в связи с гораздо более высокой интенсивностью реакции между озоном и целлюлозой с лигнином по сравнению с реакцией между кислородом и целлюлозой с лигнином, а также в связи с неспособностью устройства, описанного Маркхэмом, обеспечить равномерный контакт газа с волокнами и равномерное отбеливание.

Проблема гетерогенности или неравномерности, рассмотренная выше, может быть хотя бы отчасти решена путем отбеливания при средней или низкой консистентности. При средней и низкой консистентности увеличение содержания воды позволяет озону более равномерно диффундировать через целлюлозную массу, повышая однородность отбеливания. Однако увеличение содержания воды создает другие проблемы, которые могут перевесить увеличение однородности. Главная проблема связана с увеличением времени, требующегося для диффундирования озона при более высоком содержании воды. Это ведет к увеличению разложения озона в воде и, следовательно, к увеличению расхода озона, а также к ухудшению избирательности отбеливания из-за воздействия продуктов разложения озона. Результатом является то, что при средней или низкой консистентности требуется большее количество озона для достижения результатов, эквивалентных отбеливанию при высокой консистентности. Однако, как известно специалистам, существует практический предел количества озона, которое можно растворить в воде благодаря растворимости озона в воде. Поэтому часто не является практически оправданным или приемлемым с точки зрения затрат пытаться добиться значительного повышения белизны с помощью озона при средней или низкой консистентности.

Другой областью, относящейся к изобретению, является техника перемещения, и в особенности с помощью лопаточных конвейеров. Размеры плоских лопаток для использования в лопаточных конвейерах различного диаметра стандартизованы Ассоциацией Изготовителей конвейерного оборудования ("CEMA") в ее бюллетене ANSI/CEMA 300-1981, озаглавленном "Screw Conveyor Dimensional Standards". Кроме того, в качестве работы, посвященной общим вопросам перемещения, можно указать работу Colijn, "Mechanical Conveuors for Bulk Solids". Хотя обычные существующие конвейеры позволяют повергать материал воздействию реактивной окружающей среды, или позволяют тщательно перемешивать насыпные материалы, и в ряде рассмотренных выше ссылок применяются различные типы конвейеров, существующие конвейеры в целом не способны обеспечить необходимое диспергирование целлюлозной массы в озоносодержащем газе для получения эффективной и равномерной реакции отбеливания озоном и избежания рассмотренных выше проблем, с которыми приходилось сталкиваться до сих пор.

Наиболее близким к изобретению является устройство для отбеливания частиц высококонсистентной целлюлозной массы, содержащее кожух, имеющий поперечное сечение и определяющий впускное и выпускное отверстия для массы, частицы высококонсистентной целлюлозной массы, озоносодержащий газ, и средство для загрузки частиц высококонсистентной целлюлозной массы во впускное отверстие кожуха (патент США N 4278496).

Данное устройство является характерным представителем реакторов (озонаторов) с вертикальным слоем для обработки высококонсистентной (например, 35 - 40%) целлюлозной массы. И газообразные кислород и озон и целлюлозная масса поступают в верхнюю часть реактора, где распределяются по всему поперечному сечению, так что газ приходит в тесное соприкосновение с частицами целлюлозной массы. Смесь целлюлозной массы и газа распределяется послойно на опорных приспособлениях в виде расположенных ниже камер. Опорные приспособления имеют отверстия или прорези такой формы, что целлюлозная масса образует мостики над ними, через которые по всему реактору проходит газ в контакте с целлюлозой.

Однако конструкция с вертикальным слоем дает неудовлетворительные результаты по равномерности отбеливания.

В основу изобретения положена задача создания способа и устройства для отбеливания частиц высококонсистентной целлюлозной массы, позволяющих посредством максимального увеличения длительности воздействия озона на частицы целлюлозной массы с обеспечением приблизительно одинакового времени обработки озоном каждой частицы получать целлюлозную массу с по существу равномерно повышенной белизной.

Данная задача согласно одному аспекту предложенного изобретения достигается посредством устройства для отбеливания частиц высококонсистетной целлюлозной массы, содержащего кожух, имеющий поперечное сечение и определяющий впускное и выпускное отверстия для массы, частицы высококонсистентной целлюлозной массы, озоносодержащий газ, и средство для загрузки частиц высококонсистентной целлюлозной массы во впускное отверстие кожуха, которое согласно изобретению содержит транспортирующее и рассеивающее средство с выполненным с возможностью вращения валом для рассеивания частиц массы в радиальном направлении по существу по всему поперечному сечению кожуха с одновременным перемещением частиц массы по кожуху к выпускному отверстию в пробковом режиме, причем значение индекса рассеяния массы является меньшим или равным 7 при всех скоростях вращения вала менее 125 об/мин.

Предпочтительно, чтобы транспортирующее и рассеивающее средство содержало первое средство для перемещения частиц массы с первой скоростью, по ходу перемещения частиц массы, за которым размещено второе средство для перемещения частиц массы со второй меньшей скоростью, причем в первое средство масса из впускного отверстия поступает с первой объемной плотностью, а во второе средство масса из первого средства поступает со второй повышенной объемной плотностью.

Целесообразно, чтобы транспортирующее и рассеивающее средство содержало множество элементов, закрепленных на валу, отходящих от него в радиальном направлении и определяющих диаметр вращения.

Желательно, чтобы радиально размещенными элементами являлись лопатки, расположенные на валу под углом друг к другу, равным по существу 120^o.

Предпочтительно, чтобы радиально размещенными элементами являлись лопатки, расположенные на валу под углом друг к другу, равным по существу 240^o.

Полезно, чтобы площадь поверхности заданного количества лопаток была больше площади поверхности остальных лопаток.

Возможно, чтобы каждая из лопаток была установлена на валу под углом от 30 до 50^o относительно оси вала, и имелось заданное количество лопаток, каждая из которых имела ширину менее 0,3 диаметра вращения лопаток.

Целесообразно, чтобы заданное количество лопаток содержало первую группу лопаток, каждая из которых имела ширину, равную 0,15 диаметра вращения, и вторую группу лопаток, каждая из которых имела ширину, большую ширины первой группы лопаток, причем скорость перемещения частиц массы, создаваемая первой группой лопаток, меньше скорости перемещения частиц массы, создаваемой второй группой лопаток при той же скорости вращения.

Предпочтительно, чтобы угол установки лопаток на валу постепенно уменьшался вдоль вала от 45 до 35^o в зоне впускного отверстия.

Полезно, чтобы лопатки были установлены на валу на расстоянии друг от друга в продольном направлении вала так, что незащищенное пространство, образованное между лопатками, составляет менее 0,11 от диаметра вращения лопаток.

Желательно, чтобы устройство содержало приемный бак и средство для подавления реакции отбеливания озона посредством добавления в массу воды и понижения ее консистенции, причем средство для подавления реакции отбеливания озона было размещено ниже выпускного отверстия с возможностью приема из него отбеленной массы и содержало множество расположенных наклонно вниз сопел для проталкивания массы в приемный бак посредством распыления из них воды.

Возможно, чтобы устройство содержало взбивающее средство для уменьшения размера хлопьев в массе и придания ей первой объемной плотности, причем взбивающее средство было размещено выше впускного отверстия и связано с кожухом через это отверстие для свободного падения массы на транспортирующее и рассеивающее средство.

Целесообразно, чтобы устройство содержало отделяющее средство для отделения содержащихся в массе волокон от озоносодержащего газа перед удалением этого газа из устройства, причем отделяющее средство содержало стенку в форме усеченного конуса с увеличением площади поперечного сечения этого средства и было расположено между впускным отверстием и взбивающим средством для пропускания массы через отделяющее средство перед попаданием во впускное отверстие.

Предпочтительно, чтобы транспортирующее и рассеивающее средство содержало шнековый скребок, определяющий шаг транспортирующего и рассеивающего средства, причем шнековый скребок имел множество вырезанных участков для образования в нем отверстий, причем эти вырезанные участки были загнуты под определенным углом относительно вала.

Полезно, чтобы транспортирующее и рассеивающее средство содержало шнековый скребок, определяющий шаг транспортирующего и рассеивающего средства, причем каждый шнековый скребок имел множество закрепленных на нем подъемных элементов.

Возможно, чтобы транспортирующее и рассеивающее средство содержало ленточное полотно, размещенное по спирали вокруг вала и определяющее шаг транспортирующего и рассеивающего средства.

Желательно, чтобы транспортирующее и рассеивающее средство содержало расположенную с наклоном по винту, ленту, отходящую от вала.

Предпочтительно, чтобы в кожухе имелось множество отверстий для подачи озоносодержащего газа.

Данная задача согласно другому аспекту предложенного изобретения достигается посредством способа отбеливания озоном частиц высококонсистентной целлюлозной массы, заключающегося во введении частиц высококонсистентной целлюлозной массы и озоносодержащего газа в зону реакции, в котором согласно изобретению рассеивают частицы массы по существу по всей зоне реакции с одновременным перемещением частиц массы по зоне в пробковом режиме с возможностью осуществления равномерной реакции частиц массы с озоносодержащим газом посредством обеспечения контакта по существу всех частиц массы с озоносодержащим газом, причем значение индекса рассеяния массы является меньшим или равным 7 при всех скоростях вращения частиц массы менее 125 об/мин.

Предпочтительно разрыхляют частицы массы для придания ей первой объемной плотности перед введением частиц массы в зону реакции, перемещают частицы массы с первой скоростью, затем скорость перемещения частиц массы уменьшают до второй скорости перемещения частиц массы с одновременным повышением объемной плотности массы от ее первой объемной плотности до ее второй объемной плотности, соответствующей второй скорости перемещения частиц массы.

Целесообразно, чтобы поток газа отводили из зоны реакции с захваченными частицами массы с первой скоростью, затем скорость уменьшали до скорости, при которой происходит отделение захваченных частиц массы, и возвращали отдельные частицы массы в зону реакции.

Желательно, чтобы скорость перемещения частиц массы постепенно уменьшалась до второй скорости перемещения частиц.

Возможно, чтобы отбеленную массу отводили из зоны реакции, сбрызгивали отбеленную массу водой для понижения ее консистенции и подавления реакции отбеливания и проталкивали массу в приемный бак посредством распыления струй воды под наклоном по направлению приемного бака.

Полезно, чтобы перемещение частиц массы по зоне реакции осуществляли посредством использования вращающегося вала с множеством отходящих от него в радиальном направлении элементов, заданное число которых имело ширину менее 0,3 диаметра зоны реакции.

Предпочтительно используют заданное число элементов, размещенных так, что незащищенное пространство, образованное между элементами, составляет менее 0,11 от диаметра зоны реакции.

Возможно, чтобы скорость перемещения частиц массы, обеспечиваемая заданным числом элементов, была меньше скорости перемещения частиц массы, обеспечиваемой остальными отходящими от вала в радиальном направлении элементами.

На фиг. 1 показано устройство согласно изобретению, вид сбоку вертикальной проекции, с вырезом на одном из участков для того, чтобы показать лопаточный конвейер; на фиг. 2 - увеличенное изображение вертикальной проекции зоны подавления реакции устройства на фиг. 1; на фиг. 3 - альтернативный вариант выполнения изобретения, на котором показано многоканальное устройство для подачи газа, вид сбоку; на фиг. 4 - поперечное сечение устройства на фиг. 3; на фиг. 5 - лопаточный конвейер в верхней секции реакторного устройства на фиг. 1, частичный вид сбоку; на фиг. 6 - лопаточный конвейер в нижней секции реакторного устройства на фиг. 1, частичный вид сбоку; на фиг. 7 - лопаточный конвейер, вид с торца в разрезе на фиг. 5, при наблюдении вдоль линии 7-7; на фиг. 8 - лопаточный конвейер, вид с торца в разрезе на фиг. 6, при наблюдении вдоль линии 8-8; на фиг. 9 - типичная лопатка зоны загрузки, вид с торца, при наблюдении вдоль линии 9-9 фиг. 5 и 6; на фиг. 10 - типичная лoпатка зоны реакции, вид с торца, при наблюдении вдоль линии 10-10 фиг. 5 и 6; на фиг. 11 - типичная лопатка концевой зоны, вид с торца, при наблюдении вдоль линии 11-11 фиг. 5 и 6; на фиг. 12 графически показана концентрация лития в целлюлозной массе, выходящей из реактора в зависимости от времени, прошедшего после того, как обработанная литием целлюлозная масса была добавлена на входе реактора в качестве индикатора для определения распределения времени нахождения целлюлозной массы для реакторов, согласно настоящему изобретению и конвейера, соответствующего прежним техническим решениям; на фиг. 13 графически показан индекс рассеяния в зависимости от скорости вращения лопаток в сравнении с осевой дисперсией в реакторах согласно настоящему изобретению и при использовании конвейера в соответствии с прежними техническими решениями; на фиг. 14, A и B - фотографии со стоп-кадров видеоизображений конвейера с лопатками, конфигурация которых соответствует прежним техническим решениям, на которых видны скопления целлюлозной массы и борозды в ней, связанные с относительно большими незачищаемыми участками; на фиг. 15, A и B - фотографии, сходные с фиг. 14, A и B, с изображением реактора, согласно настоящему изобретению, иллюстрирующие относительно полное удаление целлюлозной массы и ее равномерное распределение; на фиг. 16 графически показана взаимозависимость скорости вращения вала и давления уплотнения целлюлозной массы для конвейеров различного диаметра; на фиг. 17 графически показана зависимость давления уплотнения целлюлозной массы от критического интервала между лопатками для целлюлозной массы из южной хвойной древесины с консистентностью 42%; на фиг. 18 графически показана зависимость концентрации лития в целлюлозной массе, выходящей из реактора, от времени, прошедшего после того как обработанная литием целлюлозная масса была добавлена на входе реактора в качестве индикатора для определения времени нахождения целлюлозной массы в реакторе для некоторых лопаточных конвейеров; на фиг. 19 графически показаны относительно широкое и узкое распределения времени нахождения для некоторых лопаточных конвейеров; на фиг. 20 графически показана зависимость уровня заполнения реактора от скорости вращения вала для различных лопаточных конвейеров; на фиг. 21 графически показана зависимость длительности нахождения целлюлозной массы в реакторе от скорости вращения вала для различных лопаточных конвейеров; на фиг. 22 графически показана зависимость концентрации лития в целлюлозной массе, выходящей из реактора, от времени, прошедшего после того как обработанная литием масса добавлена на входе реактора с лопаточным конвейером на фиг. 5; на фиг. 23 - 25 - фотографии стоп-кадров видеоизображений реактора при наблюдении по линии, параллельной валу, чтобы показать зависимость дисперсии целлюлозной массы от различных скоростей вращения вала; на фиг. 26 - 29 - различные передающие элементы, применяемые в соответствии с изобретением.

Как показано на фиг. 1, в целом устройство согласно изобретению содержит взбивалку 11, зону отделения целлюлозного волокна 12, реакторное устройство 14, зону подавления 16 и приемный бак 18. Перед тем как попасть во взбивалку 10, целлюлозная масса проходит через обезвоживающее устройство (не показано) для регулирования консистентности массы и через герметичный шнековый питатель (не показан), создающий газонепроницаемое уплотнение, не допускающее выделения озоносодержащего газа.

Для использования в изобретении подходят смеси озоносодержащего газа, которые обычно, однако не обязательно, содержат 1 - 8% по весу смеси озона и кислорода или 1 - 4% по весу смеси озона и воздуха. Предпочтительной смесью является наличие примерно 6% озона, когда остальное приходится в основном на кислород. Другим показателем отбеливания целлюлозной массы является весовая доля озона, использованного для отбеливания данного веса целлюлозной массы. Предпочтительным является использование количества озона, который прореагирует приблизительно с 50 - 70% лигнина, присутствующего в целлюлозной массе. Кроме того, предпочтительно добавляемое количество озона, основанное на сухом весе целлюлозной массы после просушивания в печи, обычно составляет от 0,2% до приблизительно 2%, чтобы достичь нужного уровня содержания лигнина.

Целлюлозная масса, поступающая во взбивалку 10, является высококонсистентной массой, консистентность которой обычно превышает 20%. Предпочтительно консистентность целлюлозной массы, поступающей во взбивалку 10, находится в диапазоне от приблизительно 28 до 50% и более предпочтительно между приблизительно 35 и 45%, в идеале - около 40 - 42%. Взбивалка 10, известная как комминутор, уменьшает объемную плотность целлюлозной массы и уменьшает размеры хлопьев (отдельных пучков целлюлозных волокон), так что большая часть целлюлозных волокон находится в хлопьях диаметром менее 6 мм и предпочтительно диаметром менее чем приблизительно 3 мм. В настоящее время для этой цели промышленность выпускает ряд устройств и принцип их работы известен специалистам в данной области техники.

После разрыхления целлюлозные волокна падают по вертикали через зону отделения 12 в реакторное устройство 14. Поток озоносодержащего газа направлен навстречу движению целлюлозной массы, т.е. целлюлоза движется через устройство от взбивалки 10 к приемному баку 18, в то время как озоносодержащий газ добавляют в зоне подавления 16 и отводят через зону отделения 12. Зона отделения 12 включает имеющий форму усеченного конуса или раструба участок стенки 20, площадь поперечного сечения которого увеличивается в направлении газового потока. Это увеличение площади ведет к уменьшению скорости выходящего газа до уровня, при котором взвешенные целлюлозные волокна отделяются и не выносятся с газом через отверстие для отвода газа 22. Целлюлозная масса, поступающая в зону отделения из взбивалки, направляется мимо отверстия для отвода газа 22 по внутреннему цилиндрическому каналу 24. Для того чтобы не допустить попадания газа в взбивалку, через взбивалку направляют небольшую струю озоносодержащего газа с целью поддержания потока в нужном направлении.

Падающая целлюлозная масса попадает в реакторное устройство 14 и перемещается через него, одновременно вступая в реакцию с озоном, поступающим с озоносодержащим газом, чтобы получить равномерно отбеленную целлюлозу с повышенной белизной, как описано выше. Целлюлозная масса выходит из реакторного устройства и через зону подавления реакции 16 попадает в приемный бак 18.

Отбеленная целлюлоза после озонирования будет иметь пониженное содержание лигнина и, следовательно, более низкий номер K при приемлемой вязкости. Точные значения, полученные для номера K и вязкости, зависят от конкретной обработки, которой подвергается целлюлоза. Полученная целлюлоза будет также заметно белее исходной целлюлозной массы.

Зона подавления реакции 16 (фиг. 2), включает компенсирующий стык 28, соединяющий реакторное устройство с цилиндрической секцией 28. Компенсирующий стык включает наружный металлический рукав со складками и внутренний цилиндрический рукав, чтобы компенсировать температурное расширение устройства для отбеливания. Особенности изготовления и использования таких стыков известны специалистам в данной области техники.

Впускное отверстие для газа 30, предназначенное для ввода озоносодержащего газа, расположено на секции 28. Озоносодержащий газ поступает из источника озона, такого как генератор озона (не показан). Кольцевая трубка 32 огибает нижний конец секции 28 для подачи воды для тушения. Фланец 34 соединен с источником воды. Воду из кольцевой трубы 32 впрыскивают в секцию 28 через форсунки 36, создавая водяной душ, смачивающий целлюлозную массу и подавляющий течение реакции отбеливания озоном на частицах целлюлозной массы. Желательно, чтобы подавление происходило как можно более равномерно и быстро, чтобы сохранить однородность отбеливания, достигнутую в отбеливающем устройстве. Поэтому форсунки 36 размещены таким образом, чтобы образовывать в нижней части секции 28 равномерный смачивающий водяной душ. Форсунки 36 наклонены также вниз под углом по меньшей мере 30^o относительно горизонтали и предпочтительно под углом около 45^o, чтобы прокачать целлюлозную массу вниз в приемный бак 18 и избежать образования водяной завесы, которая могла бы мешать свободному падению целлюлозной массы.

В приемный бак 18 поступают отбеленная целлюлозная масса и вода, добавленная в зоне подавления реакции. Добавленная вода снижает консистентность отбеленной целлюлозной массы до приблизительно 3%, образуя пульпу. Такую пульпу можно легко выкачивать через дно приемного бака через выпускное отверстие для целлюлозной массы 38 для последующей обработки. Винт внутри бака, установленный на валу 40, перемешивает целлюлозную пульпу, поддерживая примерно равномерную консистентность порядка 3%. Уровень целлюлозной пульпы в баке поддерживается на высоте, дающей достаточное время для перемешивания, чтобы обеспечить постоянство консистентности выпускаемой массы, а также газонепроницаемое уплотнение, недопускающее выделения озоносодержащего газа с этого конца устройства.

Озоновый реактор изображен на фиг. 1 как горизонтальный удлиненный кожух. При желании кожух можно слегка наклонить относительно горизонтали, чтобы перемещению частиц целлюлозной массы способствовала сила тяжести. Обычно может использоваться "угол смещения" до 25^o.

Как указывалось, в варианте выполнения изобретения, изображенном на фиг. 1, предусматривается противоположная направленность потока озоносодержащего газа и движения целлюлозной массы. Струя озоносодержащего газа направлена от впускного отверстия 30 к выпускному отверстию 22, в то время как целлюлозная масса движется в противоположном направлению. В альтернативном предпочтительном варианте выполнения изобретения рассматривается также возможность однонаправленности прохождения потоков озоносодержащего газа и целлюлозной массы через устройство. В этом случае выпускное отверстие 22 должно стать впускным отверстием для озоносодержащего газа, а впускное отверстие 30 - выпускным. Другое изменение (фиг. 1) будет заключаться в том, что зона отделения, такая как зона 12, должна быть включена в состав зоны подавления реакции 16 или быть расположена рядом с ней. Такие изменения должны быть вполне понятны специалисту в данной области со средним уровнем квалификации, исходя из приведенного здесь описания, и не нуждаются в отдельной иллюстрации.

Рассматривается еще один предпочтительный вариант реализации изобретения с использованием нескольких впускных отверстий для газа. Он может включать распределение впускных отверстий вокруг зоны подавления 16 или может включать несколько отверстий 30A-E, расположенных в различных местах на кожухе реактора так, как это показано на фиг. 3 и 4. Такие отверстия могут быть использованы в различных сочетаниях и компоновках с целью максимизации использования озона и эффективности отбеливания.

Точное определение длительности времени нахождения целлюлозной массы в реакторе и распределения времени нахождения позволяет точно оценить показатели работы реактора, подобного предложенному в изобретении. Для определения времени нахождения целлюлозной массы для конкретного конвейера был разработан метод индикации с использованием солей лития. Этот метод предусматривает добавление в качестве индикатора в целлюлозную массу, поступающую в реактор в определенный момент времени, соли лития, такой как сульфат или хлорид лития. Литий используют по той причине, что он обычно не присутствует в частично делигнифицированной целлюлозе. От целлюлозной массы, выходящей из реактора, через определенные временные интервалы после добавления соли лития производится отбор проб. В каждой пробе измеряют содержание лития, отмечая графически зависимость концентрации лития от времени.

На фиг. 18 показано распределение времени нахождения целлюлозной массы для пяти различных лопаточных конвейеров в кожухе реактора внутренним диаметром 19,5'' (495 мм), где на участке поступления целлюлозной массы в реактор добавляют небольшое количество обработанной литием массы, а пробы отбирают на выпускном отверстии для целлюлозной массы через одинаковые временные интервалы. Реактор работал при уровне заполнения 20% для конвейера каждой конфигурации и при суточном расходе целлюлозной массы в 20 т. Кривые показывают, что менее эффективные конвейеры должны для поддержания нужного уровня заполнения работать с более высокой скоростью вращения, обеспечивая сужение распределения времени нахождения целлюлозной массы в реакторе, что ближе к фактическому потоку в пробковом режиме. Такой контроль распределения времени нахождения целлюлозной массы в реакторе способствует достижению равномерности отбеливания целлюлозной массы, что более подробно рассматривается ниже.

Распределение времени нахождения целлюлозной массы (RTD) может быть измерено с использованием описанного выше метода литиевой индикации. Для измерения RTD небольшое количество целлюлозной массы обрабатывают индикатором в виде соли лития. Затем всю обработанную целлюлозную массу добавляют во впускное отверстие реактора в момент ноль (t = 0). Затем регистрируется концентрация лития на выходе реактора путем отбора проб целлюлозной массы и измерения концентрации лития в ней. При непрерывной регистрации концентрации лития можно получить непрерывный показатель RTD.

Следующие определения взяты из работы Levenspiel, O., "The Chemical Reactor Omnibook", OSU Book Stores, Inc., Janjary, 1989 (ISBN: 0-88246-164-8). Средняя длительность нахождения целлюлозной массы в реакторе равна если значение концентрации индикатора, C_T, определяют непрерывно, в то время как, если C_T имеет дискретную форму, t может быть приближенно определено по формуле где для определения распределения времени нахождения было отобрано n проб. Дисперсия ² распределения времени нахождения является показателем его ширины. Она дается как и может быть приближенно определена для дискретных распределений как Для идеального сосуда с потоком в пробковом режиме дисперсия должна быть нулевой. Чем больше дисперсия, тем шире распределение времени нахождения целлюлозной массы и соответственно больше осевое перемешивание. Кроме того, расширение распределения времени нахождения приведет к снижению однородности отбеливания, когда часть волокон оказывается излишне отбеленной, а часть - недоотбеленной. Это может ухудшить качество отбеленной целлюлозной массы, вызвать избыточный расход химикатов для отбеливания и привести к деградации целлюлозной массы. Таким образом, дисперсия может быть использована в качестве показателя равномерности отбеливания с предпочтением к ее низким значениям.

Для сопоставления равномерности отбеливания, достигнутой при опытах с разной средней длительностью нахождения, необходимо нормализовать дисперсию. Индекс рассеяния ("DI") определяется как для непрерывно изменяемых распределений времени нахождения. Он может быть приближенно определен для дискретных распределений следующим образом: Индекс рассеяния пропорционален дисперсии. Эта нормализованная дисперсия, измеряющая отклонение от потока в пробковом режиме и поэтому являющаяся показателем осевой дисперсии, будет использована как показатель равномерности отбеливания. Нулевое значение будет указывать на идеальный поток в пробковом режиме. Большие значения указывают на низкую равномерность отбеливания.

В целях иллюстрации этого положения рассмотрим фиг. 19, на которой графически показано экспериментально определенное распределение времени нахождения целлюлозной массы для двух лопаточных конвейеров различной конструкции: с полным шагом 60^o при взаимно перекрывающихся лопатках и четвертью шага 240^o при неперекрывающихся лопатках. В каждом случае производительность по целлюлозной массе составила около 20 т/сут. Скорость вращения вала с лопатками равнялась соответственно 25 и 90 об/мин. Особо отметим, что хотя средняя длительность пребывания была приблизительно одинаковой (49 и 45 с соответственно), ширина распределения очень различалась.

В первом случае (при конструкции с интервалом 60^o) для примерно 10%-ной целлюлозной массы время нахождения составляет менее 32 с, в то время как для других 10% оно превышает 71 с.

Во втором случае (при конструкции